虛擬仿真實(shí)訓(xùn)在電子電工教學(xué)中的應(yīng)用

王先美

虛擬仿真，就是在一個(gè)虛擬的系統(tǒng)中模仿出真實(shí)系統(tǒng)的一種技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)具有真實(shí)性、交互性、虛擬性的特點(diǎn)。真實(shí)性，是指雖然虛擬系統(tǒng)呈現(xiàn)的內(nèi)容是在虛擬世界中呈現(xiàn)的，但是它所呈現(xiàn)的內(nèi)容與真實(shí)的事物幾乎沒有太大的差異，只是真實(shí)的事物存在于現(xiàn)實(shí)生活中，而虛擬仿真軟件呈現(xiàn)的事物在虛擬的世界中;交互性，是指人們可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)、手機(jī)等載體來應(yīng)用虛擬仿真軟件，與虛擬仿真事物交互，其交互得到的結(jié)果與在現(xiàn)實(shí)生活中與實(shí)體事物交互的結(jié)果一致;虛擬性，是指仿真軟件呈現(xiàn)的事物畢竟是在一個(gè)虛擬的環(huán)境中呈現(xiàn)的虛擬事物，于是即使這件事物與人們交互以后被破壞，它還是可以再被還原，人們可以反復(fù)與這件虛擬事物交互;封閉性的特點(diǎn)，即虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)的功能是有限的，研發(fā)虛擬仿真軟件的研發(fā)人員可以盡可能地預(yù)設(shè)出更多的功能，然而，虛擬軟件的應(yīng)用受到載體的限制，于是它的功能不會(huì)是開放的，而只能以封閉的形式存在，然而，只要人們的學(xué)習(xí)需求在虛擬仿真軟件預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，就可以應(yīng)用它來替代實(shí)體事物的功能。在電子電工教學(xué)中，應(yīng)用虛擬仿真軟件開展實(shí)訓(xùn)，就是要了解特點(diǎn)的基礎(chǔ)上盡可能地發(fā)揮它的應(yīng)用優(yōu)勢，來提高電子電工教學(xué)實(shí)訓(xùn)的效果。

一、應(yīng)用虛擬仿真軟件呈現(xiàn)具象化的學(xué)習(xí)情境

在傳統(tǒng)的電子電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師有時(shí)會(huì)過于重視理論教學(xué)，而忽略了把理論教學(xué)的內(nèi)容與實(shí)物對(duì)應(yīng)起來，這造成學(xué)生有時(shí)難以理解抽象化的理論知識(shí)。教師的理論教學(xué)存在這樣的問題，與教師受到各種教學(xué)條件限制的因素有關(guān)。而在擁有了虛擬仿真技術(shù)的支持以后，教師在開展電子電工的實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，就能把理論知識(shí)與實(shí)體事物結(jié)合起來，呈現(xiàn)給學(xué)生。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí)，便能夠看到具象化的實(shí)物。在這樣的情境中，學(xué)生可以對(duì)應(yīng)實(shí)物來理解抽象化的概念。

以學(xué)習(xí)PN結(jié)導(dǎo)電機(jī)理為例，在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師會(huì)應(yīng)用圖片來呈現(xiàn)半導(dǎo)體，然后說明這種半導(dǎo)體是什么。然而圖片是二維的事物，學(xué)生即使看到了圖片，依然還是難以在腦中呈現(xiàn)出這種半導(dǎo)體的實(shí)物。而在擁有了虛擬仿真技術(shù)以后，教師便可以應(yīng)用軟件打開這種半導(dǎo)體，教師可以應(yīng)用虛擬仿真軟件中360無死角旋轉(zhuǎn)的方式，讓學(xué)生全面了解這種半導(dǎo)體，教師一面讓學(xué)生看到這種半導(dǎo)體，一面為學(xué)生講解相關(guān)的理論知識(shí)。

二、應(yīng)用虛擬仿真軟件提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)探究興趣

虛擬仿真軟件具有所見即所得的特點(diǎn)，即學(xué)生在虛擬仿真軟件上進(jìn)行了一個(gè)操作以后，學(xué)生將能夠馬上看到虛擬操作的結(jié)果。在這樣具象化的學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生會(huì)充滿著探究的興趣，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)想要了解：我現(xiàn)在進(jìn)行了一個(gè)操作以后，這個(gè)操作的結(jié)果如何呢？它是否和我預(yù)期的結(jié)果相符？當(dāng)學(xué)生抱著這樣濃厚的探究興趣時(shí)，教師就能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極的實(shí)訓(xùn)。

以學(xué)習(xí)儀器儀表的使用為例。在實(shí)體環(huán)境中，教師通常不敢大膽地讓學(xué)生去探究，這是因?yàn)榻處熀ε聦W(xué)生會(huì)破壞儀器儀表，所以教師的探究教學(xué)往往只是形式化的，即教師只允許學(xué)生依自己預(yù)設(shè)的操作方案去探究，而不允許學(xué)生全面地探究。而在虛擬的環(huán)境中，學(xué)生即使在探究的過程中會(huì)破壞虛擬的儀器儀表，然而因?yàn)檫@些儀器儀表是虛擬的，被破壞了也不會(huì)讓學(xué)校支付更多教學(xué)成本，所以教師會(huì)讓學(xué)生充分地探究。通過探究，學(xué)生可以了解信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用方法。學(xué)生在探究過程中會(huì)通過探究進(jìn)一步熟悉這些儀器儀表，了解它們的操作方法及哪些操作不會(huì)破壞儀器儀表，哪些操作會(huì)讓儀器依表造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

三、應(yīng)用虛擬仿真軟件提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)水平

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師為引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電子電工中知識(shí)形成的過程。在傳統(tǒng)的環(huán)境中，教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)體實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)體實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)環(huán)境要求較高，有時(shí)教師的教學(xué)條件受到了限制，從而無法開展實(shí)體實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真軟件對(duì)教學(xué)環(huán)境要求不高，只要教師能夠擁有可以安裝虛擬軟件的計(jì)算機(jī)，就能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)建這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。于是教師可以應(yīng)用虛擬仿真軟件為學(xué)生創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。

以講解星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)為例。教師可以引導(dǎo)學(xué)生在虛擬的環(huán)境中做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去探索，在其他條件不變的前提下，星形對(duì)稱負(fù)載有無中線，對(duì)中線電流產(chǎn)生的影響，及對(duì)相電壓產(chǎn)生的影響;在三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，負(fù)載有無中線，對(duì)中線電流產(chǎn)生的影響，及對(duì)相電壓產(chǎn)生的影響。教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用開展實(shí)體實(shí)驗(yàn)的方法來開展虛擬實(shí)驗(yàn)，然后在虛擬實(shí)驗(yàn)的環(huán)境中探索中性線在三相電路中的作用。于是，學(xué)生在虛擬仿真提供的虛擬環(huán)境中做實(shí)驗(yàn)，然后通過觀察、分析來研究某種現(xiàn)象出現(xiàn)背后呈現(xiàn)的規(guī)律。在這樣的虛擬仿真環(huán)境中，教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果非常良好。

四、應(yīng)用虛擬仿真軟件提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)踐效果

在電子電工的教學(xué)中，教師需要通過實(shí)訓(xùn)來提高學(xué)生的實(shí)踐能力。在傳統(tǒng)的環(huán)境中，教師會(huì)要求學(xué)生在實(shí)體化的環(huán)境中實(shí)訓(xùn)?，F(xiàn)在擁有了虛擬仿真的技術(shù)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用軟件來進(jìn)行實(shí)踐，然后在實(shí)踐的過程中發(fā)揮自己的想象力，完成實(shí)踐項(xiàng)目。

以設(shè)計(jì)一個(gè)三極管共發(fā)射極放大電路為例，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用虛擬仿真軟件提供的器材來設(shè)計(jì)一個(gè)三極管共發(fā)射極放大電路，使三極管具有放大和反相的作用。學(xué)生在這樣的環(huán)境中，可以觀察他們可以使用的器材與每種器材使用的特點(diǎn)等，然后應(yīng)用學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，完成實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)。在實(shí)踐的過程中，虛擬仿真軟件會(huì)將學(xué)生實(shí)踐的結(jié)果應(yīng)用示波器來呈現(xiàn)出來，學(xué)生可以通過觀察波形來了解自己的實(shí)踐質(zhì)量。雖然虛擬仿真軟件不能夠完全替代實(shí)體實(shí)踐環(huán)境，但是在電子電工實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的領(lǐng)域中，它能代替很多實(shí)體實(shí)踐環(huán)境，教師需要應(yīng)用虛擬仿真軟件提供的功能，盡可能地給予學(xué)生更多實(shí)踐的機(jī)會(huì)，以此提高實(shí)訓(xùn)的效果。

虛擬仿真軟件的應(yīng)用，與信息技術(shù)的發(fā)展有密切的關(guān)系。信息技術(shù)越發(fā)達(dá)，虛擬仿真軟件發(fā)展就能夠得到技術(shù)支持。虛擬仿真軟件的研發(fā)，與教育事業(yè)的發(fā)展有著密切的關(guān)系，讓人們意識(shí)到可以把虛擬仿真技術(shù)與電子電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)結(jié)合起來，提高教學(xué)效果時(shí)，人們便會(huì)要求技術(shù)人員研發(fā)出現(xiàn)能提高電子電工實(shí)訓(xùn)效果的軟件。在信息技術(shù)與教育事業(yè)飛速發(fā)展的今天，教師要了解虛擬仿真軟件在電子電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)，然后通過發(fā)揮它的教學(xué)優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量。